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JP2004079458A - Spark plug for multipoint ignition engine - Google Patents

Spark plug for multipoint ignition engine Download PDF

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JP2004079458A
JP2004079458A JP2002241488A JP2002241488A JP2004079458A JP 2004079458 A JP2004079458 A JP 2004079458A JP 2002241488 A JP2002241488 A JP 2002241488A JP 2002241488 A JP2002241488 A JP 2002241488A JP 2004079458 A JP2004079458 A JP 2004079458A
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Japan
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spark plug
engine
ignition
conductive member
insulator
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Application number
JP2002241488A
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Japanese (ja)
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Yoshimasa Hayashi
林 義正
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Individual
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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Spark Plugs (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spark plug capable of stably burning even an extremely thin uniform air-fuel mixture. <P>SOLUTION: This spark plug 50 is equipped with an insulator part 51; a plurality of ignition gaps 81 exposed to the combustion chamber side of an engine from the surface of the insulator part 51; a conductive member 72 embedded in the insulator part 51 and connecting each ignition gap 81 to another ignition gap 81; and a terminal part 52 for applying a voltage to one of the ignition gaps 81. A capacitor X is formed between a cylinder head 2 of the engine and a part of the conductive member 72 embedded in the insulator part 51. When a predetermined high voltage is applied to the terminal part 52, sparks fly in the ignition gap 81 connected to the terminal part 52, and thereafter a chain of sparks fly in the adjacent ignition gaps 81. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、火花点火エンジンの点火プラグに関する。
【0002】
【従来の技術】
火花点火エンジンにおいては、特開2001−123865に開示されるように、点火プラグは燃焼室の上方から取り付けられ、中央電極とアース電極との間隙が燃焼室中央に露出する構成となっている。中央電極に所定の高電圧を加えると中央電極からアース電極に向けて火花が飛び、燃焼室内の混合気が点火される。
【0003】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、上記従来の点火プラグでは、側方電極を複数有する点火プラグであっても、点火火花は点火プラグ1個あたり1つしか形成されず、点火点は燃焼室の中に1つしか存在しない。そのため、燃料と空気がほぼ均一に混合された極端に薄い混合気を用いた場合や、大量の排気ガス還流(EGR)を行った場合に混合気を安定して燃焼させるのが難しいという問題があった。これは、点火点では混合気に確実に点火していても、火炎の伝播速度の遅い極めて薄い混合気や大量のEGRガスを含んだ混合気では、火炎が伝播途中で消えることがあり、点火点近傍の混合気から火炎が燃え広がりにくくなるからである。また、1シリンダあたり2個の点火プラグを備えた例もあるが、装着場所に制限があり、全て2バルブエンジンに限られていた。
【0004】
この点に関し、スキッシュ、タンブルフロー、スワール等のガス流動を用いて火炎を攪拌し、混合気の燃焼を促進させる方法がある。しかし、この方法ではガス流動によって燃焼室壁面への熱伝達が大きくなり、熱損失が増大するという別の問題が生じる。
【0005】
また、燃焼室内の混合気に濃い部分と薄い部分を層状に形成し、濃い混合気に着火することで薄い混合気も含めて燃焼させ、全体として極端に薄い混合気を燃焼させる方法もある(成層燃焼)。しかし、この方法では、濃い混合気が燃焼する際にスス、未燃焼の炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)が発生し、これらの大部分がそのまま排気中に放出されるという問題や、また、薄い部分が燃焼する際に窒素酸化物(NOx)が発生しやすいという問題がある。
【0006】
本発明は、かかる従来技術の技術的課題を鑑みてなされたものであり、極めて薄い均一の混合気であっても安定した燃焼が行われるようにする点火プラグを提供することを目的とする。
【0007】
【問題点を解決するための手段】
第1の発明は、点火プラグにおいて、碍子部と、前記碍子部の表面からエンジンの燃焼室側に露出する複数の点火ギャップと、前記碍子部に埋め込まれ、前記点火ギャップと点火ギャップの間を接続する導電性部材と、前記点火ギャップの一つに電圧を印加するターミナル部と、を備え、前記エンジンのシリンダヘッドと前記導電性部材の前記碍子部に埋め込まれた部分との間にコンデンサが形成されることを特徴とするものである。
【0008】
第2の発明は、前記第1の発明における前記複数の点火ギャップが前記導電性部材によって直列に接続されていることを特徴とするものである。
【0009】
第3の発明は、点火プラグにおいて、碍子部と、前記碍子部の表面からエンジンの燃焼室側に露出する複数の点火ギャップと、前記点火ギャップと点火ギャップの間を接続する第1の導電性部材と、前記第1の導電性部材と間隙をおいて配置される第2の導電性部材と、前記点火ギャップの一つに電圧を印加するターミナル部と、を備え、前記第1の導電性部材と前記第2の導電性部材との間にコンデンサが形成されることを特徴とするものである。
【0010】
第4の発明は、前記第3の発明における前記複数の点火ギャップが前記第1の導電性部材によって直列に接続されていることを特徴とするものである。
【0011】
第5の発明は、第3または第4の発明における前記第1の導電性部材が前記碍子部に埋め込まれていることを特徴とするものである。
【0012】
第6の発明は、第3から第5の発明における前記第2の導電性部材が前記碍子部に埋め込まれていることを特徴とするものである。
【0013】
第7の発明は、第3から第5の発明における前記第2の導電性部材が前記碍子部の燃焼室側表面以外を覆っていることを特徴とするものである。
【0014】
第8の発明は、第1から第7の発明における前記碍子部が棒状部材であり、前記複数の点火ギャップが前記碍子部の軸方向に並んで設けられていることを特徴とするものである。
【0015】
第9の発明は、第8の発明において、前記点火プラグを前記エンジンに取り付けたとき、前記碍子部の先端部が前記エンジンのシリンダヘッドと接触し前記点火プラグをアースすることを特徴とするものである。
【0016】
第10の発明は、第8または第9の発明における前記碍子部の先端部が前記エンジンのシリンダヘッドに形成された凹部にすべり嵌めによって保持されることを特徴とするものである。
【0017】
第11の発明は、第8から第10の発明において、前記エンジンが2つの吸気ポートと2つの排気ポートを有するエンジンであり、前記点火プラグが2つの吸気ポートのバルブシートの間と、2つの排気ポートのバルブシートの間とを通るように前記エンジンに取り付けられることを特徴とする請求項8から10のいずれか一つに記載の点火プラグ。
【0018】
第12の発明は、第8から第11の発明における前記碍子部の横断面が前記エンジンのシリンダ軸方向及び前記碍子部の軸方向に垂直な方向よりもシリンダ軸方向が長い形状をしていることを特徴とするものである。
【0019】
第13の発明は、第1から第12の発明において、前記点火ギャップを前記エンジンの燃焼室側に開口させるための位置決め手段をさらに備えたことを特徴とするものである。
【0020】
第14の発明は、第13の発明における前記位置決め手段が、前記点火プラグの前記シリンダヘッドに対する相対回転を規制するスプライン嵌合であることを特徴とするものである。
【0021】
第15の発明は、第1から第14の発明において、前記エンジンのシリンダヘッドの燃焼室側表面に凹溝が形成されており、前記点火プラグは燃焼室と反対側が前記シリンダヘッドの凹溝に埋没するように前記エンジンに取り付けられることを特徴とするものである。
【0022】
第16の発明は、第1から第15の発明において、前記点火プラグが前記エンジンのシリンダヘッドの吸気ポート側側面から前記エンジンのシリンダヘッドに挿入され、これによって前記点火プラグが前記エンジンに取り付けられることを特徴とするものである。
【0023】
第17の発明は、多点点火エンジンにおいて、第1から第16の発明にかかる点火プラグを備え、リーン空燃比で運転する特徴とするものである。
【0024】
【作用及び効果】
上記本発明に係る点火プラグでは、ターミナルに所定の高電圧を印加すると、まずターミナルに接続された点火ギャップにおいて放電が起こる。高電圧は導電性部材を介して隣接する点火ギャップにも伝えられるので隣接する点火ギャップにおいても放電が起こる。これの繰り返しにより、複数の点火ギャップにおいて放電が連鎖的に略同時に起こり、極めて薄い均一の混合気であっても安定した燃焼が可能となる。
【0025】
このような多点同時点火が可能になるのは、点火ギャップと点火ギャップの間を結ぶ導電性部材とエンジンのシリンダヘッドの間に微小なコンデンサが形成され、ここに蓄えられている電荷が火花生成に寄与するからである。すなわち、ある点火ギャップで放電が起こると、その点火ギャップと隣接する点火ギャップとの間のコンデンサにおいて電荷の容量超過が起こり、これによって隣接する点火ギャップにも高電圧が印加されて放電が起こるのである。特に、導電性部材を点火プラグの碍子部に埋め込むことにより、導電性部材とシリンダヘッドのとの距離が短くなって十分な容量のコンデンサが形成され、安定した火花生成が可能となる(第1、第2の発明)。
【0026】
このような火花生成に寄与するコンデンサは、隣接する2つの点火ギャップの間を結ぶ導電性部材(第1の導電性部材)とシリンダヘッドの間に形成することができる他、第1の導電性部材と間隙をおいて第2の導電性部材を配置し、第1の導電性部材と第2の導電性部材との間に形成することもできる(第3、第4の発明)。この構成によれば、第1の導電性部材と第2の導電性部材の距離によってコンデンサの容量が決定されるので、第1の導電性部材を点火プラグの碍子部に埋め込まなくても十分な容量のコンデンサを形成することができ、また、第1の導電性部材と第2の導電性部材の距離を調節することでコンデンサ容量を最適化することもできる。
【0027】
なお、このような構成においても、第1の導電性部材を碍子部に埋め込み(第5の発明)、さらには第2の導電性部材をも碍子部に埋め込む(第6の発明)ようにすれば、第1の導電性部材と第2の導電性部材とがより接近し、さらに大容量のコンデンサを形成することが可能である。
【0028】
さらに、この第2の導電性部材で碍子部の燃焼室側表面以外を覆うように構成すれば、碍子部の強度を補い、また、碍子部からシリンダヘッドへの熱の逃げを促進することができる(第7の発明)。さらに、第2の導電性部材が碍子部を覆う面積、位置、第2の導電性部材の材質、厚さを変更すれば、点火プラグの熱価を調節することも可能である。
【0029】
上記多点点火用の点火プラグは、例えば、碍子部を棒状部材とし、複数の点火ギャップを碍子部の軸方向に並んで設けることによって構成することができる(第8の発明)。この構成では、ターミナルに最も近い点火ギャップに最初に出電圧を印加するようにし、ターミナルに近い点火ギャップから順に放電が起こるようにするのが好適であるが、碍子部中央に電圧を印加するように構成し、放電が碍子部中央から碍子部端部に向けて放電が起こるようにしてもよく、あるいは、碍子部先端に電圧を印加し、ターミナルに向けて順に放電が行われるようにすることも可能である。
【0030】
また、碍子部の先端部をシリンダヘッドと接触させることで点火プラグをアースするようにすれば、点火プラグの構成を簡略化することができ(第9の発明)、この際、碍子部の先端がシリンダヘッドに形成された凹部にすべり嵌めによって保持されるようにすれば、点火プラグやシリンダヘッドの熱膨張を吸収することができる(第10の発明)。
【0031】
また、4バルブエンジンに適用する場合、2つの吸気ポートのバルブシートの間と、2つの排気ポートのバルブシートの間とを通るように点火プラグを取り付ければ、バルブと点火プラグとの干渉を避けることができ、かつ、燃焼室を横断するように点火ギャップを燃焼室内に配置することができる(第11の発明)。このとき、碍子部の横断面を、シリンダ軸方向及び碍子部の軸方向に垂直な方向よりもシリンダ軸方向が長い形状、例えばシリンダ軸方向に長い長円形状、楕円形状に構成すれば、点火プラグの強度を確保しつつ、点火プラグを取り付け易くすることができる(第12の発明)。
【0032】
また、点火プラグは点火ギャップが正確に燃焼室側を向くようにシリンダヘッドに取り付ける必要があるので、点火プラグにそのための位置決め手段を設けるのが良い(第13の発明)。このような位置決め手段は、例えば、点火プラグのシリンダブロックに対する相対回転を規制するスプライン嵌合とすることができる(第14の発明)。
【0033】
また、点火プラグは燃焼室に露出し燃焼に伴う高温を受けるが、シリンダヘッドの燃焼室側表面に凹溝を形成し、点火プラグの一部がこの凹溝に埋め込むように構成すれば、点火プラグが受ける熱量を減らし、点火プラグの熱損を防止することができる(第15の発明)。さらに、点火プラグをシリンダヘッドの吸気ポート側から取り付けるようにすれば、点火プラグのターミナル、これに接続する高圧コード等が排気ポート側に比べて温度の低い吸気ポート側に配置され、これらの部品を高熱から保護することができる(第16の発明)。
【0034】
上記点火プラグを火花点火エンジンに適用することにより、空燃比30程度の超リーンかつ均一な空燃比であっても安定した着火、燃焼が可能となり、エンジンの燃費、排気性能を大幅に向上させることができる(第17の発明)。
【0035】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。
【0036】
図1、図2は、本発明に係る点火プラグが適用される火花点火エンジン1の概略構成を示しており、図1はエンジン1の縦断面図、図2はエンジン1のシリンダヘッド2を燃焼室側から見た図である。
【0037】
エンジン1は2つの吸気バルブ及び2つの排気バルブを有する4バルブエンジンである。シリンダヘッド2は図示しないガスケットを介してシリンダブロック3に取り付けられ、シリンダヘッド2とシリンダブロック3の間には燃焼室4が形成されている。燃焼室4はいわゆるペントルーフ型の燃焼室であり、シリンダブロック3のシリンダに接続する円筒部分、円筒部分の上端に接続する吸気側斜面及び排気側斜面、及びピストン5の冠面で構成される。
【0038】
吸気側斜面には吸気ポート8a、8bが開口していて、予め均一となるように混合された燃料と空気の混合気がここから燃焼室4に導入される。燃焼室4に導入された混合気はピストン5によって圧縮された後、点火プラグ50の複数のギャップ81によって生成された火花によって点火される。燃焼ガスはピストン5を押し下げ、その後再び上昇してくるピストン5によって排気側斜面に開口する排気ポート9a、9bから図示しない排気通路へと排出される。
【0039】
点火プラグ50はシリンダヘッド2にその上側の一部が埋没するように、またシリンダヘッド2の底面に対して平行になるようにシリンダヘッド2の燃焼室4側表面に形成された凹溝33に取り付けられており、点火プラグ50の碍子部51には、燃焼室4側(シリンダ軸方向下側)を向いた複数の点火ギャップ81が燃焼室4を横断するように等間隔に設けられている。点火プラグ50の一部をシリンダヘッド2に埋没させているのは点火プラグ50が燃焼室4内の燃焼ガスから受ける熱量を少なくし、点火プラグ50の熱損を防止するためである。
【0040】
点火プラグ50のターミナル52はシリンダヘッド2の吸気ポート側側面から突出しており、ターミナル52には外部のバッテリ、イグニッションコイルから所定の高電圧を供給するための高圧コードが接続される(図示せず)。なお、この実施例では点火プラグ50は6個の点火ギャップ81を有しているが、7個以上の点火ギャップあるいは6個未満の点火ギャップを設けるようにしてもよい。
【0041】
点火プラグ50は燃焼室4の中心、すなわち燃焼室4のシリンダ軸方向(縦方向)の高さが最も高くなる部位を通り、燃焼室4を横断するようにシリンダヘッド2に取り付けられる。この実施形態では、図2に示すように、点火プラグ50は、吸気ポート8a、8bのバルブシート8c、8dの間及び排気ポート9aと9bのバルブシート9c、9dの間を通り、燃焼室4側から見た場合、燃焼室4が点火プラグ50によって等分されるように取り付けられる。
【0042】
また、シリンダヘッド2の吸気ポート側側面には円形段状の点火プラグ取付用穴31が形成されている。取付用穴31を段状にすることで、点火プラグ50を取り付ける際に取付用穴31内部の段部32に点火プラグ50の大径部61が当接し、点火プラグ50をその軸方向に位置決めすることができる。
【0043】
点火プラグ50をシリンダヘッド2に取り付けるには、まず、点火プラグ50を取付用穴31に挿入し、点火プラグ50の先端部50eを燃焼室4の排気ポート側に形成された円筒凹部32に軸方向に摺動可能にすべり嵌めによって保持する。点火プラグ50をシリンダヘッド2の吸気ポート側側面から取り付けるのは、吸気ポート側側面から取り付ければターミナル52や高圧コードが吸気ポート側に位置することになり、これらを排気ポート側の高熱から保護することができるからである。
【0044】
そして、点火プラグ50の大径部61の側面に形成され点火プラグ50の軸方向に伸びる凸条部64(図6参照)に図3に示すようなフランジ部材41の凹条部42をスプライン嵌合させ、フランジ部材41の取付用孔43にボルト(図示せず)を通してシリンダヘッド2の吸気ポート側側面に固定する。このような取付構造を採用することで、点火ギャップ81が正確に燃焼室4側を向くように点火プラグ50をシリンダヘッド2に取り付けることができる。
【0045】
図4はシリンダヘッド2の断面図であって図2のA−A断面を示している。点火プラグ50はシリンダヘッド2の吸気ポート8aと8bのバルブシート8c、8dの間を通るように燃焼室4に取り付けられている。また、燃焼室4の上面、すなわち吸気側斜面と排気側斜面には点火プラグ50の一部を収装するための凹溝33がシリンダヘッド2の底面に平行に形成されている。
【0046】
図5も図3と同じくシリンダヘッド2の断面図であって図2のB−B断面を示している。点火プラグ取付用の凹溝33は碍子部51よりも若干長く形成されており、点火プラグ50を取り付けた状態で点火プラグ50の先端部の先に若干の余裕代ができるようになっている。この余裕代によってエンジン運転時の点火プラグ50やシリンダヘッド2の熱膨張を吸収し、点火プラグ50の破損を防止することができる。
【0047】
図6は点火プラグ50の詳細な構造を示した図である。点火プラグ50は、絶縁材料でできた棒状の碍子部51、碍子部51の末端部に接続されるターミナル52、碍子部51の先端部51eに接続されるアース金具53、碍子部51のターミナル側外周に装着され、点火プラグ50をエンジン1のシリンダヘッド2に取り付けるためのベース金具54とで構成される。
【0048】
ベース金具54は大径部61と小径部62とで構成される。大径部61は従来の点火プラグにおける六角部に対応する部分であるが、従来の点火プラグのような締め付け用のナット部は形成されておらず、代わりに大径部61よりもさらに径の大きなフランジ部63が設けられている。また、大径部61の外周面にはフランジ部63から点火プラグ50の軸方向に伸びる凸条部64が設けられており、点火プラグ50をシリンダヘッド2に取り付ける際の位置決め用部材として用いられる。従来の点火プラグのように六角部、ねじ部を設け、シリンダヘッドにねじ込む従来の取り付け方法を採用しないのは、ねじ込む方式では、点火ギャップ81a−81fを正確に燃焼室4の方向に向かせるのが難しいからである。
【0049】
碍子部51の燃焼室4内に露出する部分には第1から第6の点火ギャップ81a−81fが直線状かつ等間隔に設けられており、碍子部51の最先端部51eには点火プラグ50をシリンダヘッド2に接続するアース金具53が取り付けられている。アース金具53は点火プラグ50がシリンダヘッドに取り付けられた状態でシリンダヘッド2と接触し、点火プラグ50に印加された電圧をシリンダヘッド2に逃がす働きをする。
【0050】
図7は点火プラグ50の縦断面を示している。ターミナル52に所定の高電圧を加えると、高電圧が抵抗体65を介して第1の点火ギャップ81aのターミナル側電極に加わり、ターミナル側電極からアース側電極に向けて放電が起こる。この結果、第2の点火ギャップ81bのターミナル側電極にも高い電圧がかかって第2の点火ギャップ81bでも同様に放電が起こる。以後、第3の点火ギャップ81c以降でも放電が連鎖的に連続して起こり、混合気の多点同時点火が実現される。
【0051】
ここで、第1から第6の点火ギャップ81a−81fは、ターミナル52に接続されベース金具54内を通って端部71aが碍子部51の下側表面から燃焼室4側に露出するL形のターミナル側電極部材71と、電極部72a、72bが碍子部51の表面から燃焼室4側に露出し、連結部72cが碍子部51に埋め込まれている第1から第5の中間電極部材72と、アース金具53に接続され端部73aが碍子部51の表面から燃焼室4側に露出するL形のアース側電極部材73とで構成される。1つの中間電極部材72には3以上の点火ギャップが接続されることはなく、各点火ギャップ81a−81fは中間電極部材72によって直列に接続される。また、各電極部材71−73は電気抵抗の少ない導電性部材で構成される。
【0052】
中間電極部材72は、図8に示すように、ターミナル側電極、アース側電極を構成する電極部72a、72bと、両電極部72a、72bを接続する連結部72cとで構成され、連結部72cが碍子部51に埋め込まれることで碍子部51に固定される。連結部72cを碍子部51に埋め込むことにより、中間電極部材72を碍子部51に強固に固定できることに加え、連結部72cとシリンダヘッド2との距離を短くし、後述する連結部72cとシリンダヘッド2との間に十分な容量のコンデンサ(図7中斜線部X)を形成することが可能となる。
【0053】
さらに、連結部72cにおける電圧降下を抑えて各点火ギャップ81a−81fで同等の火花が生成されるようにするために、連結部72cの抵抗は無視できるほど小さく設定される。ここでは連結部72cを直線にしているので中間電極部材72の形状はコの字形となるが、両電極部72a、72bが燃焼室4内に露出し、連結部72cが碍子部51内に埋め込まれ、かつ両電極部72a、72bが接続される構成であればU字型等、他の形をしていてもよい。
【0054】
碍子部51から燃焼室4に向けて露出する電極部材71−73の端部71a、72a、72b、73aは、火花が飛びやすいよう先端に近づくほど細くなる針状をしており、これら端部の組み合わせが点火ギャップ81a−81fを構成する。点火ギャップ81a−81fを構成する各部位には、耐熱性のある金属、たとえば、白金やイリジウム等が用いられる。
【0055】
また、電極部材71−73の端部71a、72a、72b、73aの碍子部表面からの露出高さを大きくすれば混合気への着火は容易になるが、これらの露出高さを大きくし過ぎると、点火プラグ50をシリンダヘッド2に取り付ける際に電極部材71−73の端部と点火プラグ取付用穴31、具体的には小径部62が着座する段部とが干渉してしまう。そのため、ベース金具54の横断面の最小半径、すなわち小径部62の横断面の半径よりも、電極部も含めた碍子部51の最大半径が小さくなるように、電極部材71−73の端部の露出高さが碍子部51の半径とベース金具54の小径部62の半径との差よりも小さくなるよう設定される。
【0056】
なお、燃焼室4内の高圧ガスを外部から密閉するために、従来の点火プラグと同様に、碍子部51とベース金具54の間にはシール材75が封入されており、また、シリンダヘッド2とベース金具54の間にはガスケット76、77が挟み込まれる。
【0057】
次に、上記構造の点火プラグの特徴及び上記構造の点火プラグを備えたエンジンの作用、効果について説明する。上記構成の点火プラグ50では、ターミナル52に所定の高電圧をかけるとターミナル52に近い点火ギャップ81aから順に放電が起こり、最終的にはアース金具53、シリンダヘッド2にてアースされる。つまり、ある点火ギャップで火花が飛ぶことでそれに隣接する点火ギャップにも高電圧がかかり、次々と連鎖的に火花生成が行われる。ここで電流の流れる速度は略無限大であるので、各点火ギャップでの放電は略同時に発生する。このような同時点火が可能となるのは、図7中斜線部Xで示すように、点火ギャップ81a−81fをつなぐ連結部72c(ニッケルなどの導体)とシリンダヘッド2との間に微小なコンデンサが形成され、この微小なコンデンサに蓄えられた電気も火花生成に寄与するからである。
【0058】
本発明に係る点火プラグでは、特に、多点で点火するため、混合気の初期の燃焼割合が従来の点火プラグ1個の場合に比べて、点火ギャップの数に比例して増大する。これにより、従来は空燃比20程度(理論空燃比は14.7)が燃焼の限界であると言われていたが、それよりはるかに薄い空燃比30といった超リーン空燃比でもエンジンは安定して運転することが可能となる。また、混合気が着火しやすくなることから冷間始動性も改善される。
【0059】
しかも、供給する高電圧のエネルギーは、点火ギャップの数が多いものの、点火ギャップの数に比例したエネルギーとはならず、従来の一点で点火する場合の2倍程度で十分である。これは、上記微小なコンデンサが火花生成に寄与しており、また、各点火ギャップでの火花生成が略同時に行われるとはいっても、点火ギャップ毎に極めて微視的な時間遅れがあり、各点火ギャップで同時に火花が生成されないためと考えられる。
【0060】
図9は本発明に係る点火プラグを備えたエンジンにおける6点点火と2点点火のクランク角に対する既燃焼割合の比較実験の結果を示す。
【0061】
この比較実験では、空燃比をほぼ30(正確には29.9)かつ均一とし、回転速度一定(900rpm)、点火時期を上死点前15度として運転したが、6点点火では上死点後30度でほとんど燃焼が完了し、また、15%/度以上の急速燃焼が行われることがわかる。
【0062】
このように、本発明によれば多点同時点火により急速燃焼が実現できるので、空燃比30程度の均一混合気での超リーンバーンや大量の排気ガス還流が可能になる。特に、超リーンバーンは燃費の改善が著しく、また排気中のエミッションもほとんど触媒が必要ないレベルまで低減される。また、排気エミッションをさらに低減すべく触媒を使用する場合であっても、触媒で処理すべきエミッションの量が少なくなるので触媒の量を減らすことが可能になる。
【0063】
続いて、図10から図12を参照しながら本発明の第2の実施形態について説明する。図10は第2の実施形態の点火プラグ50の構成図、図11はその縦断面図、図12は図11のC−C横断面図である。第1の実施形態と共通の構成については同じ参照符号を付してある。
【0064】
第1の実施形態では点火プラグ50の碍子部51は略円形の断面であったが、第2の実施形態では、図10から図12に示すように碍子部51の横断面の形状を縦幅h(シリンダ軸方向の幅)よりも横幅w(シリンダ軸方向及び点火プラグの軸方向に垂直な方向の幅)が短い形状、ここでは長円形状とし、バルブシートの中間に点火プラグ50を装着し易くするとともに、幅wを短縮したことによる強度低下を少なくしている。
【0065】
また、碍子部51の保護とアース側電極部材73から点火プラグ取付部へのアースを兼ねる保護金具55(第2の導電性部材)を碍子部51外周に装着している。保護金具55は碍子部51にたとえば溶接により固定される。保護金具55は碍子部51の燃焼室4側表面を除く大部分を抱き込むように取り付けられ、碍子部51の機械的強度を補うとともに、碍子部51からシリンダヘッド2への熱の逃げを促進する。この保護金具55の材質、厚さあるいは保護金具55が碍子部51を覆う位置、面積を調節し、点火プラグ50から保護金具55、シリンダヘッド2への熱の伝わり方を調節すれば、碍子部51の温度を調節し、点火プラグ50の熱価を調節することも可能である。
【0066】
さらに、先の実施形態ではシリンダヘッド2と連結部72cとの間にコンデンサが形成され、これが連続点火に寄与していたが、この実施形態では保護金具55と連結部72cとの間にコンデンサが形成され、これが連続点火に寄与することになる。保護金具55と連結部72cとの距離の方がシリンダヘッド2と連結部72cとの距離よりも短いことから、より大容量のコンデンサを形成することができ、強く確実な多点連続点火を実現することができる。
【0067】
なお、ここでは保護金具55が点火プラグ取付部へのアースをも兼ねているが、先の実施形態同様に点火プラグ50に印加された電圧が先端からシリンダヘッド2に逃げるようにし、保護金具55を専ら点火プラグの保護、熱価の調節に用いるようにしてもよい。また、保護金具55を碍子部51に埋め込むようにしてもよく、このようにすれば保護金具55と連結部72cとの距離が短くなり、さらに大容量のコンデンサを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る点火プラグを備えたエンジンの断面図である。
【図2】エンジンのシリンダヘッドを燃焼室側から見た図である。
【図3】点火プラグ取付用フランジを示した図である。
【図4】シリンダヘッドの断面図である(図2のA−A断面)。
【図5】シリンダヘッドの断面図である(図2のB−B断面)。
【図6】点火プラグの構成図である。
【図7】点火プラグの縦断面図である。
【図8】中間電極部材の拡大図である。
【図9】クランク角と既燃焼割合、熱発生率との関係を示した特性図を示し、2点点火の場合と6点点火の場合を比較したものである。
【図10】第2の実施形態の点火プラグの構成図である。
【図11】第2の実施形態の点火プラグの縦断面図である。
【図12】第2の実施形態の点火プラグの横断面図である(図11のC−C断面)。
【符号の説明】
2 シリンダヘッド
4 燃焼室
8a、8b 吸気ポート
9a、9b 排気ポート
50 点火プラグ
51 碍子部
52 ターミナル
53 アース金具
55 保護金具(第2の導電性部材)
64 凸条部
71−73 電極部材
72 連結部(導電性部材、第1の導電性部材)
81(81a−81f) 点火ギャップ
X コンデンサ
[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a spark plug for a spark ignition engine.
[0002]
[Prior art]
In a spark ignition engine, as disclosed in JP-A-2001-123865, a spark plug is attached from above a combustion chamber, and a gap between a center electrode and an earth electrode is exposed at the center of the combustion chamber. When a predetermined high voltage is applied to the center electrode, sparks fly from the center electrode toward the ground electrode, and the mixture in the combustion chamber is ignited.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above conventional spark plug, even if the spark plug has a plurality of side electrodes, only one spark is formed per spark plug, and only one ignition point exists in the combustion chamber. . Therefore, there is a problem that it is difficult to stably burn the air-fuel mixture when using an extremely thin air-fuel mixture in which fuel and air are almost uniformly mixed or when performing a large amount of exhaust gas recirculation (EGR). there were. This is because even if the air-fuel mixture is ignited reliably at the ignition point, the flame may be extinguished in the middle of propagation in an extremely thin air-fuel mixture with a slow flame propagation speed or an air-fuel mixture containing a large amount of EGR gas. This is because it becomes difficult for the flame to spread from the air-fuel mixture near the point. Further, there is an example in which two spark plugs are provided for each cylinder, but there are restrictions on the mounting location, and all are limited to two-valve engines.
[0004]
In this regard, there is a method in which the flame is agitated by using a gas flow such as squish, tumble flow, swirl, etc. to promote the combustion of the air-fuel mixture. However, in this method, another problem arises in that heat transfer to the combustion chamber wall surface is increased by gas flow, and heat loss increases.
[0005]
There is also a method in which a rich portion and a thin portion are formed in layers in the air-fuel mixture in the combustion chamber, and the rich air-fuel mixture is ignited so that the thin air-fuel mixture is burned, thereby burning an extremely thin air-fuel mixture as a whole ( Stratified combustion). However, in this method, when a rich air-fuel mixture burns, soot, unburned hydrocarbons (HC), and carbon monoxide (CO) are generated, and most of these are directly discharged into exhaust gas. In addition, there is a problem that nitrogen oxide (NOx) is easily generated when a thin portion is burned.
[0006]
The present invention has been made in view of the technical problems of the related art, and has as its object to provide an ignition plug that enables stable combustion to be performed even with an extremely thin uniform mixture.
[0007]
[Means for solving the problem]
According to a first aspect of the present invention, in the spark plug, an insulator portion, a plurality of ignition gaps exposed from a surface of the insulator portion toward a combustion chamber side of an engine, and a gap between the ignition gap embedded in the insulator portion. A conductive member to be connected, and a terminal portion for applying a voltage to one of the ignition gaps, wherein a capacitor is provided between a cylinder head of the engine and a portion of the conductive member embedded in the insulator portion. It is characterized by being formed.
[0008]
A second invention is characterized in that the plurality of ignition gaps in the first invention are connected in series by the conductive member.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, in the spark plug, an insulator portion, a plurality of ignition gaps exposed from a surface of the insulator portion to the combustion chamber side of the engine, and a first conductive member connecting between the ignition gap and the ignition gap. A first conductive member, a second conductive member disposed at a gap from the first conductive member, and a terminal portion for applying a voltage to one of the ignition gaps; A capacitor is formed between the member and the second conductive member.
[0010]
A fourth invention is characterized in that the plurality of ignition gaps in the third invention are connected in series by the first conductive member.
[0011]
A fifth invention is characterized in that the first conductive member according to the third or fourth invention is embedded in the insulator portion.
[0012]
A sixth invention is characterized in that the second conductive member according to the third to fifth inventions is embedded in the insulator portion.
[0013]
A seventh invention is characterized in that the second conductive member according to the third to fifth inventions covers a portion other than the combustion chamber side surface of the insulator portion.
[0014]
An eighth invention is characterized in that in the first to seventh inventions, the insulator portion is a rod-shaped member, and the plurality of ignition gaps are provided along the axial direction of the insulator portion. .
[0015]
A ninth invention is characterized in that, in the eighth invention, when the spark plug is attached to the engine, a tip portion of the insulator contacts a cylinder head of the engine to ground the spark plug. It is.
[0016]
A tenth invention is characterized in that the distal end of the insulator portion according to the eighth or ninth invention is held by sliding fit in a recess formed in a cylinder head of the engine.
[0017]
An eleventh invention is an engine according to the eighth to tenth inventions, wherein the engine has two intake ports and two exhaust ports, and the ignition plug is provided between two intake port valve seats and two exhaust ports. The spark plug according to any one of claims 8 to 10, wherein the spark plug is attached to the engine so as to pass between a valve seat of an exhaust port.
[0018]
According to a twelfth aspect, in the eighth to eleventh aspects, the cross section of the insulator portion has a shape in which the cylinder axis direction is longer than the cylinder axis direction of the engine and the direction perpendicular to the axis direction of the insulator portion. It is characterized by the following.
[0019]
According to a thirteenth aspect, in the first to twelfth aspects, a positioning means for opening the ignition gap to a combustion chamber side of the engine is further provided.
[0020]
A fourteenth invention is characterized in that the positioning means in the thirteenth invention is a spline fitting for restricting relative rotation of the spark plug with respect to the cylinder head.
[0021]
In a fifteenth aspect based on the first to fourteenth aspects, a groove is formed in a surface of the cylinder head of the engine on the side of the combustion chamber, and a side of the spark plug opposite to the combustion chamber is formed in a groove of the cylinder head. It is attached to the engine so as to be buried.
[0022]
In a sixteenth aspect based on the first to fifteenth aspects, the spark plug is inserted into a cylinder head of the engine from an intake port side surface of a cylinder head of the engine, whereby the spark plug is attached to the engine. It is characterized by the following.
[0023]
According to a seventeenth aspect, a multi-point ignition engine is provided with the spark plug according to the first to sixteenth aspects, and is operated at a lean air-fuel ratio.
[0024]
[Action and effect]
In the spark plug according to the present invention, when a predetermined high voltage is applied to the terminal, first, discharge occurs in the ignition gap connected to the terminal. The high voltage is also transmitted to the adjacent ignition gap through the conductive member, so that discharge occurs in the adjacent ignition gap. By repeating this, discharge occurs in a plurality of ignition gaps in a chain at substantially the same time, and stable combustion can be performed even with an extremely thin uniform mixture.
[0025]
Such multipoint simultaneous ignition becomes possible because a minute capacitor is formed between the conductive member that connects the ignition gap and the cylinder head of the engine, and the electric charge stored there is sparked. This is because it contributes to generation. That is, when a discharge occurs in a certain ignition gap, an excess of the electric charge occurs in a capacitor between the ignition gap and an adjacent ignition gap, thereby applying a high voltage to the adjacent ignition gap and causing a discharge. is there. In particular, by embedding the conductive member in the insulator portion of the spark plug, the distance between the conductive member and the cylinder head is shortened to form a capacitor having a sufficient capacity, thereby enabling stable spark generation (first example). , The second invention).
[0026]
Such a capacitor contributing to spark generation can be formed between a conductive member (first conductive member) that connects between two adjacent ignition gaps and the cylinder head, and also has a first conductive property. The second conductive member may be arranged with a gap between the members and formed between the first conductive member and the second conductive member (third and fourth inventions). According to this configuration, since the capacitance of the capacitor is determined by the distance between the first conductive member and the second conductive member, it is not necessary to embed the first conductive member in the insulator of the ignition plug. A capacitor having a capacity can be formed, and the capacitance of the capacitor can be optimized by adjusting the distance between the first conductive member and the second conductive member.
[0027]
Also in such a configuration, the first conductive member is embedded in the insulator portion (fifth invention), and the second conductive member is also embedded in the insulator portion (sixth invention). For example, the first conductive member and the second conductive member are closer to each other, so that a capacitor having a larger capacity can be formed.
[0028]
Further, if the second conductive member is configured to cover a portion other than the surface of the insulator portion on the side of the combustion chamber, the strength of the insulator portion is supplemented, and the escape of heat from the insulator portion to the cylinder head is promoted. Yes (seventh invention). Further, by changing the area and position of the second conductive member covering the insulator portion, and the material and thickness of the second conductive member, the heat value of the ignition plug can be adjusted.
[0029]
The spark plug for multipoint ignition can be configured, for example, by providing the insulator portion as a rod-shaped member and providing a plurality of ignition gaps in the axial direction of the insulator portion (eighth invention). In this configuration, it is preferable to apply the output voltage to the ignition gap closest to the terminal first, and to cause discharge in order from the ignition gap closest to the terminal, but to apply the voltage to the center of the insulator part. And the discharge may occur from the center of the insulator to the end of the insulator, or a voltage may be applied to the tip of the insulator to cause the discharge to occur sequentially toward the terminal. Is also possible.
[0030]
Further, if the spark plug is grounded by bringing the tip of the insulator into contact with the cylinder head, the configuration of the spark plug can be simplified (a ninth invention). Is held in the recess formed in the cylinder head by sliding fit, thermal expansion of the spark plug and the cylinder head can be absorbed (tenth aspect).
[0031]
Further, when applied to a four-valve engine, if the spark plug is mounted so as to pass between the valve seats of the two intake ports and between the valve seats of the two exhaust ports, interference between the valves and the spark plug is avoided. And the ignition gap can be arranged in the combustion chamber so as to cross the combustion chamber (eleventh invention). At this time, if the cross section of the insulator portion is configured to have a shape in which the cylinder axis direction is longer than the cylinder axis direction and the direction perpendicular to the axis direction of the insulator portion, for example, an oval shape or an elliptical shape that is longer in the cylinder axis direction, the The spark plug can be easily attached while securing the strength of the plug (twelfth invention).
[0032]
Further, since the spark plug needs to be attached to the cylinder head so that the ignition gap is correctly directed to the combustion chamber side, it is preferable to provide a positioning means for the spark plug (the thirteenth invention). Such a positioning means may be, for example, a spline fitting for restricting the relative rotation of the spark plug with respect to the cylinder block (a fourteenth invention).
[0033]
In addition, although the spark plug is exposed to the combustion chamber and receives high temperatures associated with combustion, if a groove is formed on the surface of the cylinder head on the side of the combustion chamber and a part of the spark plug is embedded in the groove, ignition can be performed. The amount of heat received by the plug can be reduced, and heat loss of the ignition plug can be prevented (the fifteenth invention). Further, if the ignition plug is mounted from the intake port side of the cylinder head, the terminal of the ignition plug, the high-pressure cord connected thereto, and the like are arranged on the intake port side where the temperature is lower than the exhaust port side. Can be protected from high heat (a sixteenth invention).
[0034]
By applying the above spark plug to a spark ignition engine, stable ignition and combustion can be performed even with an air-fuel ratio of about 30 which is super-lean and air-fuel ratio, thereby greatly improving the fuel efficiency and exhaust performance of the engine. (17th invention).
[0035]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0036]
1 and 2 show a schematic configuration of a spark ignition engine 1 to which a spark plug according to the present invention is applied. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the engine 1, and FIG. It is the figure seen from the room side.
[0037]
The engine 1 is a four-valve engine having two intake valves and two exhaust valves. The cylinder head 2 is attached to the cylinder block 3 via a gasket (not shown), and a combustion chamber 4 is formed between the cylinder head 2 and the cylinder block 3. The combustion chamber 4 is a so-called pent roof type combustion chamber, and includes a cylindrical portion connected to the cylinder of the cylinder block 3, an intake side slope and an exhaust side slope connected to the upper end of the cylinder portion, and a crown surface of the piston 5.
[0038]
The intake ports 8a and 8b are opened on the intake side slope, and a mixture of fuel and air mixed in advance so as to be uniform is introduced into the combustion chamber 4 from here. After the air-fuel mixture introduced into the combustion chamber 4 is compressed by the piston 5, it is ignited by a spark generated by the gaps 81 of the spark plug 50. The combustion gas pushes down the piston 5, and is discharged from the exhaust ports 9a and 9b opened on the exhaust side slope to the exhaust passage (not shown) by the piston 5 rising again.
[0039]
The ignition plug 50 is inserted into the groove 33 formed in the combustion chamber 4 side surface of the cylinder head 2 so that a part of the upper part is buried in the cylinder head 2 and is parallel to the bottom surface of the cylinder head 2. A plurality of ignition gaps 81 facing the combustion chamber 4 side (downward in the cylinder axial direction) are provided at equal intervals in the insulator portion 51 of the ignition plug 50 so as to cross the combustion chamber 4. . Part of the spark plug 50 is buried in the cylinder head 2 in order to reduce the amount of heat received from the combustion gas in the combustion chamber 4 by the spark plug 50 and prevent heat loss of the spark plug 50.
[0040]
A terminal 52 of the ignition plug 50 protrudes from a side surface of the cylinder head 2 on the side of the intake port, and a high voltage cord for supplying a predetermined high voltage from an external battery and an ignition coil is connected to the terminal 52 (not shown). ). Although the ignition plug 50 has six ignition gaps 81 in this embodiment, seven or more ignition gaps or less than six ignition gaps may be provided.
[0041]
The spark plug 50 is attached to the cylinder head 2 so as to pass through the center of the combustion chamber 4, that is, a portion where the height of the combustion chamber 4 in the cylinder axis direction (longitudinal direction) is highest, and cross the combustion chamber 4. In this embodiment, as shown in FIG. 2, the ignition plug 50 passes between the valve seats 8c and 8d of the intake ports 8a and 8b and between the valve seats 9c and 9d of the exhaust ports 9a and 9b. When viewed from the side, the combustion chamber 4 is mounted so as to be equally divided by the spark plug 50.
[0042]
A circular stepped spark plug mounting hole 31 is formed in the side surface of the cylinder head 2 on the intake port side. By making the mounting hole 31 stepped, the large-diameter portion 61 of the ignition plug 50 comes into contact with the step 32 inside the mounting hole 31 when the ignition plug 50 is mounted, and the ignition plug 50 is positioned in the axial direction. can do.
[0043]
In order to mount the spark plug 50 to the cylinder head 2, first, the spark plug 50 is inserted into the mounting hole 31, and the tip end 50 e of the spark plug 50 is inserted into the cylindrical recess 32 formed on the exhaust port side of the combustion chamber 4. It is slidably held in a sliding direction. When the spark plug 50 is attached from the intake port side of the cylinder head 2, the terminal 52 and the high pressure cord are located on the intake port side if attached from the intake port side, and these are protected from high heat on the exhaust port side. Because you can do it.
[0044]
Then, a concave ridge 42 of the flange member 41 as shown in FIG. 3 is spline-fitted to a convex ridge 64 (see FIG. 6) formed on the side surface of the large diameter portion 61 of the spark plug 50 and extending in the axial direction of the spark plug 50. Then, a bolt (not shown) is passed through the mounting hole 43 of the flange member 41 and fixed to the side surface of the cylinder head 2 on the intake port side. By adopting such a mounting structure, the ignition plug 50 can be mounted on the cylinder head 2 so that the ignition gap 81 faces the combustion chamber 4 accurately.
[0045]
FIG. 4 is a cross-sectional view of the cylinder head 2 and shows a cross section taken along line AA of FIG. The ignition plug 50 is attached to the combustion chamber 4 so as to pass between the valve seats 8c and 8d of the intake ports 8a and 8b of the cylinder head 2. On the upper surface of the combustion chamber 4, that is, on the intake side slope and the exhaust side slope, a concave groove 33 for receiving a part of the ignition plug 50 is formed parallel to the bottom surface of the cylinder head 2.
[0046]
FIG. 5 is also a cross-sectional view of the cylinder head 2 as in FIG. The concave groove 33 for mounting the spark plug is formed slightly longer than the insulator portion 51, so that a margin is provided at the tip of the tip of the spark plug 50 when the spark plug 50 is mounted. With this allowance, thermal expansion of the spark plug 50 and the cylinder head 2 during engine operation can be absorbed, and damage to the spark plug 50 can be prevented.
[0047]
FIG. 6 is a diagram showing a detailed structure of the ignition plug 50. The ignition plug 50 includes a rod-shaped insulator portion 51 made of an insulating material, a terminal 52 connected to an end portion of the insulator portion 51, a grounding metal fitting 53 connected to a tip portion 51 e of the insulator portion 51, and a terminal side of the insulator portion 51. It comprises a base metal fitting 54 mounted on the outer periphery for mounting the spark plug 50 to the cylinder head 2 of the engine 1.
[0048]
The base fitting 54 includes a large-diameter portion 61 and a small-diameter portion 62. The large-diameter portion 61 is a portion corresponding to the hexagonal portion of the conventional spark plug, but does not have a nut portion for tightening unlike the conventional spark plug, and instead has a larger diameter than the large-diameter portion 61. A large flange 63 is provided. In addition, on the outer peripheral surface of the large-diameter portion 61, there is provided a ridge portion 64 extending from the flange portion 63 in the axial direction of the spark plug 50, and is used as a positioning member when the spark plug 50 is attached to the cylinder head 2. . The conventional mounting method in which a hexagonal portion and a screw portion are provided and a screw is screwed into a cylinder head unlike a conventional spark plug is not adopted. In the screwing method, the ignition gaps 81a to 81f are accurately directed toward the combustion chamber 4. Is difficult.
[0049]
First to sixth ignition gaps 81a to 81f are linearly and equidistantly provided in a portion of the insulator portion 51 exposed in the combustion chamber 4, and a spark plug 50 is provided at a leading end portion 51e of the insulator portion 51. Is attached to the cylinder head 2. The grounding member 53 functions to contact the cylinder head 2 with the spark plug 50 attached to the cylinder head, and to release the voltage applied to the spark plug 50 to the cylinder head 2.
[0050]
FIG. 7 shows a longitudinal section of the ignition plug 50. When a predetermined high voltage is applied to the terminal 52, the high voltage is applied to the terminal-side electrode of the first ignition gap 81a via the resistor 65, and discharge occurs from the terminal-side electrode to the ground-side electrode. As a result, a high voltage is also applied to the terminal-side electrode of the second ignition gap 81b, and a discharge also occurs in the second ignition gap 81b. Thereafter, even after the third ignition gap 81c, discharge occurs continuously in a chain, and multipoint simultaneous ignition of the air-fuel mixture is realized.
[0051]
Here, the first to sixth ignition gaps 81 a to 81 f are connected to the terminal 52, pass through the inside of the base fitting 54, and have an end 71 a exposed to the combustion chamber 4 from the lower surface of the insulator 51. The terminal-side electrode member 71 and the first to fifth intermediate electrode members 72 in which the electrode portions 72a and 72b are exposed from the surface of the insulator portion 51 toward the combustion chamber 4 and the connecting portion 72c is embedded in the insulator portion 51. And an L-shaped earth-side electrode member 73 connected to the earthing metal fitting 53 and having an end 73 a exposed from the surface of the insulator 51 toward the combustion chamber 4. No three or more ignition gaps are connected to one intermediate electrode member 72, and the ignition gaps 81a to 81f are connected in series by the intermediate electrode member 72. Each of the electrode members 71 to 73 is formed of a conductive member having a small electric resistance.
[0052]
As shown in FIG. 8, the intermediate electrode member 72 includes electrode portions 72a and 72b forming a terminal-side electrode and an earth-side electrode, and a connecting portion 72c connecting the two electrode portions 72a and 72b. Is fixed to the insulator portion 51 by being embedded in the insulator portion 51. By embedding the connecting portion 72c in the insulator portion 51, the intermediate electrode member 72 can be firmly fixed to the insulator portion 51. In addition, the distance between the connecting portion 72c and the cylinder head 2 is shortened, and the connecting portion 72c and the cylinder head 7, a capacitor having a sufficient capacity (shaded area X in FIG. 7) can be formed.
[0053]
Furthermore, in order to suppress the voltage drop in the connecting portion 72c and generate the same spark in each of the ignition gaps 81a to 81f, the resistance of the connecting portion 72c is set to be negligibly small. Here, since the connecting portion 72c is straight, the shape of the intermediate electrode member 72 is U-shaped, but both electrode portions 72a and 72b are exposed in the combustion chamber 4 and the connecting portion 72c is embedded in the insulator portion 51. It may have another shape such as a U-shape as long as the two electrode portions 72a and 72b are connected.
[0054]
The ends 71a, 72a, 72b, 73a of the electrode members 71-73 exposed from the insulator portion 51 toward the combustion chamber 4 have a needle-like shape that becomes thinner as approaching the tip so that sparks can fly easily. Constitute ignition gaps 81a-81f. A heat-resistant metal, for example, platinum, iridium, or the like is used for each part constituting the ignition gaps 81a to 81f.
[0055]
Further, if the height of the exposed portions of the ends 71a, 72a, 72b, 73a of the electrode members 71-73 from the surface of the insulator portion is increased, the mixture can be easily ignited, but the exposed heights thereof are too large. When the spark plug 50 is mounted on the cylinder head 2, the ends of the electrode members 71-73 interfere with the spark plug mounting hole 31, specifically, the step on which the small diameter portion 62 is seated. Therefore, the end portions of the electrode members 71-73 are set so that the maximum radius of the insulator portion 51 including the electrode portion is smaller than the minimum radius of the cross section of the base metal fitting 54, that is, the radius of the cross section of the small diameter portion 62. The exposed height is set to be smaller than the difference between the radius of the insulator portion 51 and the radius of the small-diameter portion 62 of the base fitting 54.
[0056]
In order to seal the high-pressure gas in the combustion chamber 4 from the outside, a sealing material 75 is sealed between the insulator 51 and the base metal fitting 54 as in the conventional ignition plug. Gaskets 76 and 77 are sandwiched between the base metal fitting 54 and the base fitting 54.
[0057]
Next, the features of the spark plug having the above structure and the operation and effects of the engine including the spark plug having the above structure will be described. In the ignition plug 50 having the above configuration, when a predetermined high voltage is applied to the terminal 52, discharge occurs sequentially from the ignition gap 81 a near the terminal 52, and is finally grounded by the grounding metal fitting 53 and the cylinder head 2. In other words, when a spark flies in a certain ignition gap, a high voltage is also applied to an ignition gap adjacent to the spark, and sparks are generated one after another in a chain. Here, since the speed at which the current flows is almost infinite, the discharge in each ignition gap occurs almost simultaneously. Such simultaneous ignition is enabled only by a minute capacitor between the cylinder head 2 and the connecting portion 72c (conductor such as nickel) connecting the ignition gaps 81a-81f, as indicated by the hatched portion X in FIG. Is formed, and the electricity stored in the minute capacitor also contributes to spark generation.
[0058]
In the spark plug according to the present invention, in particular, since ignition is performed at multiple points, the initial combustion ratio of the air-fuel mixture increases in proportion to the number of ignition gaps as compared with the case of a single conventional spark plug. As a result, it has been conventionally said that the air-fuel ratio is about 20 (the theoretical air-fuel ratio is 14.7) as the limit of combustion, but the engine is stable even at an ultra-lean air-fuel ratio of 30 which is much thinner than that. It becomes possible to drive. Further, since the air-fuel mixture is easily ignited, the cold startability is also improved.
[0059]
In addition, the energy of the high voltage to be supplied is not proportional to the number of ignition gaps, although the number of ignition gaps is large, and it is sufficient that the energy is about twice that in the case of conventional single-point ignition. This is because the minute capacitor contributes to spark generation, and even though spark generation in each ignition gap is performed almost simultaneously, there is a very microscopic time delay for each ignition gap. It is considered that sparks are not simultaneously generated in the ignition gap.
[0060]
FIG. 9 shows the results of a comparison experiment of the burned ratio with respect to the crank angle of six-point ignition and two-point ignition in an engine provided with the spark plug according to the present invention.
[0061]
In this comparative experiment, the air-fuel ratio was approximately 30 (accurately 29.9) and uniform, the rotation speed was constant (900 rpm), and the ignition timing was 15 degrees before the top dead center. It can be seen that almost 30 degrees after the completion of the combustion, and rapid combustion of 15% / degree or more is performed.
[0062]
As described above, according to the present invention, rapid combustion can be realized by multipoint simultaneous ignition, so that super-lean burn with a uniform air-fuel mixture having an air-fuel ratio of about 30 and a large amount of exhaust gas recirculation become possible. In particular, ultra lean burn significantly improves fuel economy and reduces emissions in exhaust gases to levels that require little catalyst. Further, even when a catalyst is used to further reduce exhaust emissions, the amount of emissions to be treated by the catalyst is reduced, so that the amount of catalyst can be reduced.
[0063]
Subsequently, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a configuration diagram of an ignition plug 50 according to the second embodiment, FIG. 11 is a vertical cross-sectional view thereof, and FIG. 12 is a CC cross-sectional view of FIG. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
[0064]
In the first embodiment, the insulator portion 51 of the ignition plug 50 has a substantially circular cross section. In the second embodiment, however, as shown in FIGS. h (width in the cylinder axis direction) is smaller than h (width in the cylinder axis direction and the direction perpendicular to the axis direction of the ignition plug), here an elliptical shape, and the ignition plug 50 is mounted in the middle of the valve seat. In addition to reducing the width w, the strength reduction due to the reduced width w is reduced.
[0065]
In addition, a protective fitting 55 (second conductive member) that protects the insulator portion 51 and also serves as a ground from the ground side electrode member 73 to the spark plug mounting portion is mounted on the outer periphery of the insulator portion 51. The protection fitting 55 is fixed to the insulator 51 by, for example, welding. The protection bracket 55 is attached so as to embrace most of the insulator portion 51 except for the surface on the combustion chamber 4 side, supplements the mechanical strength of the insulator portion 51, and promotes escape of heat from the insulator portion 51 to the cylinder head 2. I do. If the material and thickness of the protective fitting 55 or the position and area of the protective fitting 55 covering the insulator 51 are adjusted, and the manner in which heat is transferred from the ignition plug 50 to the protective fitting 55 and the cylinder head 2 is adjusted, the insulator It is also possible to adjust the temperature of 51 and the heat value of the spark plug 50.
[0066]
Furthermore, in the previous embodiment, a capacitor was formed between the cylinder head 2 and the connecting portion 72c, and this contributed to continuous ignition. In this embodiment, however, a capacitor was provided between the protective fitting 55 and the connecting portion 72c. Formed, which will contribute to continuous ignition. Since the distance between the protective fitting 55 and the connecting portion 72c is shorter than the distance between the cylinder head 2 and the connecting portion 72c, a larger capacity capacitor can be formed, and strong and reliable multipoint continuous ignition is realized. can do.
[0067]
Here, the protection fitting 55 also serves as a ground to the ignition plug mounting portion, but the voltage applied to the ignition plug 50 is made to escape from the tip to the cylinder head 2 in the same manner as in the previous embodiment. May be used exclusively for protecting the spark plug and adjusting the heat value. In addition, the protection fitting 55 may be embedded in the insulator portion 51. In this case, the distance between the protection fitting 55 and the connecting portion 72c is shortened, and a capacitor having a larger capacity can be formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an engine provided with a spark plug according to the present invention.
FIG. 2 is a view of a cylinder head of the engine as viewed from a combustion chamber side.
FIG. 3 is a diagram showing a spark plug mounting flange.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the cylinder head (AA cross section in FIG. 2).
5 is a cross-sectional view of the cylinder head (a cross-section taken along line BB in FIG. 2).
FIG. 6 is a configuration diagram of a spark plug.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a spark plug.
FIG. 8 is an enlarged view of an intermediate electrode member.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a relationship between a crank angle, a burned rate, and a heat release rate, and is a comparison between a case of two-point ignition and a case of six-point ignition.
FIG. 10 is a configuration diagram of a spark plug according to a second embodiment.
FIG. 11 is a longitudinal sectional view of a spark plug according to a second embodiment.
FIG. 12 is a cross-sectional view of the spark plug according to the second embodiment (a cross section taken along line CC in FIG. 11).
[Explanation of symbols]
2 Cylinder head
4 Combustion chamber
8a, 8b Intake port
9a, 9b Exhaust port
50 spark plug
51 Insulator part
52 Terminal
53 Grounding bracket
55 Protection bracket (second conductive member)
64 ridges
71-73 electrode member
72 connecting portion (conductive member, first conductive member)
81 (81a-81f) ignition gap
X capacitor

Claims (17)

碍子部と、
前記碍子部の表面からエンジンの燃焼室側に露出する複数の点火ギャップと、
前記碍子部に埋め込まれ、前記点火ギャップと点火ギャップの間を接続する導電性部材と、
前記点火ギャップの一つに電圧を印加するターミナル部と、
を備え、前記エンジンのシリンダヘッドと前記導電性部材の前記碍子部に埋め込まれた部分との間にコンデンサが形成されることを特徴とする点火プラグ。
Insulator part,
A plurality of ignition gaps exposed from the surface of the insulator portion to the combustion chamber side of the engine;
A conductive member embedded in the insulator portion and connecting between the ignition gap and the ignition gap;
A terminal section for applying a voltage to one of the ignition gaps,
Wherein a capacitor is formed between a cylinder head of the engine and a portion of the conductive member embedded in the insulator portion.
前記複数の点火ギャップが前記導電性部材によって直列に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の点火プラグ。The spark plug according to claim 1, wherein the plurality of ignition gaps are connected in series by the conductive member. 碍子部と、
前記碍子部の表面からエンジンの燃焼室側に露出する複数の点火ギャップと、
前記点火ギャップと点火ギャップの間を接続する第1の導電性部材と、
前記第1の導電性部材と間隙をおいて配置される第2の導電性部材と、
前記点火ギャップの一つに電圧を印加するターミナル部と、
を備え、前記第1の導電性部材と前記第2の導電性部材との間にコンデンサが形成されることを特徴とする点火プラグ。
Insulator part,
A plurality of ignition gaps exposed from the surface of the insulator portion to the combustion chamber side of the engine;
A first conductive member connecting between the ignition gap and the ignition gap;
A second conductive member disposed with a gap from the first conductive member;
A terminal section for applying a voltage to one of the ignition gaps,
And a capacitor is formed between the first conductive member and the second conductive member.
前記複数の点火ギャップが前記第1の導電性部材によって直列に接続されていることを特徴とする請求項3に記載の点火プラグ。The spark plug according to claim 3, wherein the plurality of ignition gaps are connected in series by the first conductive member. 前記第1の導電性部材が前記碍子部に埋め込まれていることを特徴とする請求項3または4に記載の点火プラグ。The spark plug according to claim 3, wherein the first conductive member is embedded in the insulator portion. 前記第2の導電性部材が前記碍子部に埋め込まれていることを特徴とする請求項3から5のいずれか一つに記載の点火プラグ。The spark plug according to any one of claims 3 to 5, wherein the second conductive member is embedded in the insulator portion. 前記第2の導電性部材が前記碍子部の燃焼室側表面以外を覆っていることを特徴とする請求項3から5のいずれか一つに記載の点火プラグ。The spark plug according to any one of claims 3 to 5, wherein the second conductive member covers a portion other than the surface of the insulator portion on the combustion chamber side. 前記碍子部が棒状部材であり、前記複数の点火ギャップが前記碍子部の軸方向に並んで設けられていることを特徴とする請求項1から7のいずれか一つに記載の点火プラグ。The spark plug according to any one of claims 1 to 7, wherein the insulator portion is a rod-shaped member, and the plurality of ignition gaps are provided side by side in the axial direction of the insulator portion. 前記点火プラグを前記エンジンに取り付けたとき、前記碍子部の先端部が前記エンジンのシリンダヘッドと接触し前記点火プラグをアースすることを特徴とする請求項8に記載の点火プラグ。9. The spark plug according to claim 8, wherein when the spark plug is attached to the engine, a tip end of the insulator contacts a cylinder head of the engine to ground the spark plug. 前記碍子部の先端部が前記エンジンのシリンダヘッドに形成された凹部にすべり嵌めによって保持されることを特徴とする請求項8または9に記載の点火プラグ。The spark plug according to claim 8, wherein a tip end of the insulator portion is held in a recess formed in a cylinder head of the engine by sliding fit. 前記エンジンが2つの吸気ポートと2つの排気ポートを有するエンジンであり、
前記点火プラグが2つの吸気ポートのバルブシートの間と、2つの排気ポートのバルブシートの間とを通るように前記エンジンに取り付けられることを特徴とする請求項8から10のいずれか一つに記載の点火プラグ。
The engine has two intake ports and two exhaust ports,
11. The engine according to claim 8, wherein the spark plug is attached to the engine so as to pass between valve seats of two intake ports and between valve seats of two exhaust ports. The spark plug as described.
前記碍子部の横断面が前記エンジンのシリンダ軸方向及び前記碍子部の軸方向に垂直な方向よりもシリンダ軸方向が長い形状をしていることを特徴とする請求項8から11のいずれか一つに記載の点火プラグ。12. The insulator according to claim 8, wherein a cross section of the insulator is longer in a cylinder axis direction than in a cylinder axis direction of the engine and a direction perpendicular to the axis direction of the insulator portion. The spark plug according to one of the above. 前記点火ギャップを前記エンジンの燃焼室側に開口させるための位置決め手段をさらに備えたことを特徴とする請求項1から12のいずれかひとつに記載の点火プラグ。13. The spark plug according to claim 1, further comprising positioning means for opening the ignition gap to a side of the combustion chamber of the engine. 前記位置決め手段が、前記点火プラグの前記シリンダヘッドに対する相対回転を規制するスプライン嵌合であることを特徴とする請求項13に記載の点火プラグ。14. The spark plug according to claim 13, wherein the positioning means is a spline fitting for restricting a relative rotation of the spark plug with respect to the cylinder head. 前記エンジンのシリンダヘッドの燃焼室側表面に凹溝が形成されており、
前記点火プラグは燃焼室と反対側が前記シリンダヘッドの凹溝に埋没するように前記エンジンに取り付けられることを特徴とする請求項1から14のいずれか一つに記載の点火プラグ。
A groove is formed in the combustion chamber side surface of the cylinder head of the engine,
The spark plug according to any one of claims 1 to 14, wherein the spark plug is attached to the engine such that a side opposite to a combustion chamber is buried in a groove of the cylinder head.
前記点火プラグは前記エンジンのシリンダヘッドの吸気ポート側側面から前記エンジンのシリンダヘッドに挿入され、これによって前記点火プラグが前記エンジンに取り付けられることを特徴とする請求項1から15のいずれか一つに記載の点火プラグ。16. The engine according to claim 1, wherein the spark plug is inserted into a cylinder head of the engine from a side of an intake port of the cylinder head of the engine, whereby the spark plug is attached to the engine. The spark plug according to 1. 請求項1から16のいずれかひとつに記載の点火プラグを備え、リーン空燃比で運転する特徴とする多点点火エンジン。A multi-point ignition engine comprising the spark plug according to any one of claims 1 to 16 and operated at a lean air-fuel ratio.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007270811A (en) * 2006-03-31 2007-10-18 Okayama Univ Premixed compression ignition internal combustion engine
JP2010216463A (en) * 2009-02-18 2010-09-30 Chiba Univ Method for igniting internal combustion engine
CN113565664A (en) * 2021-07-31 2021-10-29 涂启莲 Cluster spark plug ignition system

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